Какие свойствами обладает живое вещество

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Самовоспроизведение (репродукция). Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Замечательной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.

Специфичность организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние — в органы, а органы — в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.

Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени.

Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка.

Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций.

Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов.

Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности.

Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков.

Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.

Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.

Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.

Движение. Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.

Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающие замкнутость процессов регуляции по схеме синтез — распад — ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом.

Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Организмы либо отыскивают среду, либо адаптируются (приспосабливаются) к ней. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов.

Обобщая сведения о свойствах живого, можно заключить, что клетки представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.

Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени и пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.

Жизнь — высшая форма организации материи. В то же время согласно академику В. А. Энгельгардту у живой материи практически нет таких свойств, каких не существовало бы у неживой материи. Живое отличается от неживого только совокупностью особенностей, в то время как неживые объекты могут обладать одним или несколькими свойствами, но никогда не проявляют всю совокупность этих свойств одновременно.

Одно из характерных и специфических свойств живых организмов состоит в их способности к обмену веществ, энергии и информации. Организмы потребляют из окружающей среды энергию и вещества, которые используют для протекания жизненно важных реакций, а затем возвращают в среду эквивалентное количество энергии и вещества в другой форме, менее пригодной для их жизнедеятельности. Таким образом, организм — открытая система, находящаяся в стационарном состоянии: скорость поступления веществ и энергии из среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из системы. Основу последней составляют белки — носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты — носители информации. Важно подчеркнуть, что живое вещество существует только в потоке непрерывного обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой. Выпадение из движения в этом потоке хотя бы одного компонента прекращает жизнь.

Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции, т. е. процессы синтеза веществ в организме, и диссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения разлагаются на простые и выделяется энергия, требуемая для реакций биосинтеза. Отметим, что биогенные (необходимые для живого вещества) элементы всегда находятся в сложных миграциях, перемещениях. Их совокупность составляет круговорот веществ в биосфере.

В качестве источников энергии для живого вещества служат солнечная и другая тепловая радиация, пища, наконец, контакты с более теплыми телами. Энергия живых организмов в процессе их жизнедеятельности подвергается многим превращениям, в частности преобразовывается в механическую, тепловую, световую, химическую, электрическую и, в конце концов, рассеивается в окружающем пространстве.

Что касается обмена информацией, то в широком и основном значении информация —- это передача от одного живого объекта к другому различных сведений или иных воздействий, которые влияют на их жизнедеятельность. В узком смысле (например, для кибернетики) информация — это «антиэнтропия» (негэнтропия) или мера упорядочения материи. Наряду с этим каждый живой организм воспринимает и накапливает непрерывный поток информации второго рода, который поступает к нему из окружающей среды: звуки, запахи, зрительные образы, изменение температуры, освещенность и др.

Единство химического состава. Состав живых организмов характеризуется наличием тех же химических элементов, что и в объектах неживой материи. В то же время соотношение элементов в живом и неживом неодинаково. Живое вещество состоит почти на 98,8 % из элементов, которые повсеместно присутствуют в атмосфере и в гидросфере: кислорода, водорода, азота и углерода. Из оставшихся 1 % приходится еще на четыре элемента, широко распространенных и весьма подвижных (кальций, калий, магний и кремний), и 0,2 % — на долю серы, фосфора, хлора, натрия, алюминия и железа; лишь 0,01 % — на все остальные элементы.

Следует подчеркнуть, что обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма. Согласно закону физико-химического единства живого вещества, сформулированного В. И. Вернадским, все живое вещество Земли физико-химически едино. Из данного закона естественно вытекает следствие: вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части (или вредное для одних видов существ вредно и для других).

Хиральная чистота. Хиральность — способность вещества поляризовать свет в одну из сторон (правую или левую). Чистота киральная — наличие исключительно объектов, которые несовместимы со своим зеркальным изображением (например, левая и правая руки). Согласно закону киральной чистоты Л. Пастера живое вещество состоит из кирально чистых структур. Действительно, сахара, вырабатываемые живыми организмами, всегда поляризуют свет вправо и только вправо. Искусственно киральную чистоту получить очень трудно.

Самовоспроизведение. Каждая отдельно взятая биологическая система существует ограниченное время; известно, что поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе последнего лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

Процесс самовоспроизведения тесно связан с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных. Наследственность состоит в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение, что связано с относительной стабильностью, т. е. постоянством строения молекул ДНК. Однако развитие биологических процессов не может быть жестко детерминированным, предопределенным во всех деталях. Вследствие этого особенности родителей передаются потомству не с абсолютной точностью, а всегда с некоторыми отклонениями, обычно незначительными (микромутации), иногда существенными (макромутации).

Изменчивость — противоположное наследственности свойство организма. Оно связано с его способностью приобретать новые признаки и свойства. В основе наследственной изменчивости лежат изменения так называемых биологических матриц — молекул ДНК. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Больше шансов на сохранение получают особи, которые лучше приспособлены и быстрее размножаются. Однако в реальной жизни нет жесткой детерминации, поэтому возможны любые случайности. Согласно теории Ч. Дарвина изменчивость, наследственность и естественный отбор — главные факторы эволюции жизни. Это приводит к появлению новых ее форм, новых видов живых организмов. Хотелось бы при этом уточнить одно обстоятельство. При появлении каждого варианта новых условий жизнь к ним приспосабливается, но обычно после ряда как бы «черновых» проб. И то, что в одинаковых условиях среды у видов любого происхождения появляются одинаковые и наиболее рациональные приспособления к этим условиям, придает жизни «компьютерные» свойства. Это следует понимать так, что подобно компьютерам жизнь после ряда проб и ошибок находит оптимальное решение каждой задачи.

Способность к росту и развитию. Данная особенность присуща любому живому организму. Последний с момента зарождения растет, увеличиваясь в размерах и массе, но при этом сохраняет общие черты строения. Таким образом, рост сопровождается развитием и в результате возникает новое качественное состояние живого объекта. Важно отметить, что развитие живой формы материи в целом представлено как индивидуальным, так и историческим развитием. На стадии индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются все свойства единого организма. Что касается исторического развития, оно сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Именно благодаря историческому развитию возникло все многообразие живых организмов на Земле.

Для нормального функционирования живого организма в меняющихся условиях окружающей среды необходимо внутреннее регулирование — саморегуляция различных процессов, полное подчинение их единому порядку поддержания постоянства внутренней среды — гомеостазу. В основе саморегуляции лежит принцип обратной связи, в соответствии с которым сигналом для включения того или иного регулируемого процесса может стать изменение состояния какой-либо системы, например изменение температуры, концентрации веществ и др. Такие системы действуют в клетке на химических принципах (процессы обмена веществ, как известно, регулируются на основе биологического катализа), в многоклеточном организме животного — на основе гуморальной и нервной регуляции, в сообществах организмов — в зависимости от разнообразия внутри- и межвидовых взаимодействий.

Раздражимость. Это свойство — неотъемлемая черта, присущая всему живому, и выражается реакциями живых организмов на внешнее воздействие. Оно связано с передачей информации из окружающей среды биологической системе любой сложности (организму, органу, клетке). Благодаря этому организмы способны избирательно реагировать на раздражители — условия окружающей среды, например на тепло и холод. Наиболее яркой формой проявления раздражимости служит движение. Реакции многоклеточных на раздражение (рефлексы) осуществляются с помощью нервной системы. Подчеркнем, что сочетания раздражитель — реакция могут накапливаться в виде опыта, т. е. научения и памяти, и использоваться в последующей жизнедеятельности (по крайней мере, у животных).

Дискретность. Специфическая организация — всеобщее свойство материи. Любая, в том числе биологическая, система состоит из отдельных, но, тем не менее, взаимодействующих частей, которые образуют структурно-функциональное единство. Живое вещество существует всегда дискретно, т. е. в форме обособленных друг от друга тел, характеризующихся трехмерной структурой, которая специфична для каждого вида. Именно по характеру этой структуры можно отличить, например, льва от кошки. Каждый организм представляет собой непрерывно функционирующую систему химических веществ и внутриклеточных структур, а у многоклеточных видов еще и клеток, тканей и органов. Основу этих систем составляют белки — носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — носители информации.

Структурная сложность живого начинается с гигантских полимерных молекул и продолжается на уровне клеток многоклеточных организмов и надорганизменных сообществ. Все живое на Земле характеризуется иерархичностью (соподчиненно- стью) структурной организации. Жизнедеятельность биологических систем на менее сложном уровне является предпосылкой осуществления свойств живого на более высоком уровне. Так, например, самовоспроизведение на уровне многоклеточного организма невозможно без деления клеток и др. Указанная взаимосвязь и со- подчиненность уровней организации живого представляет отражение иерархичного принципа строения биологических систем и лежит в основе биологической формы движения материи.

Вышеизложенное позволяет более близко подойти к пониманию, что такое жизнь. По Н. Ф. Реймерсу, жизнь — это особая форма физико-химического состояния и движения материи, характеризуемая зеркальной асимметрией аминокислот и сахаров, обменом веществ, гомеостазом, раздражимостью, самовоспроизведением, системным самоуправлением, саморазвитием, приспособляемостью к среде (адаптацией), обычно подвижностью, физической и функциональной дискретностью отдельных индивидов или их общественных конгломератов (пчелы, муравьи, термиты и др.), исключительным разнообразием форм (i… 1,5 до 5 млн) при общем физико-химическом единстве живого вещества биосферы.

Представляет интерес и формулировка жизни, данная М. В. Воль- кенштейном, что живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. Такой подход к понятию жизни соответствует современному состоянию исследований в области молекулярной биологии.

Заметим при этом, что дальнейшее углубленное изучение различных форм проявления разума, свойств разумной материи с учетом последствий (позитивных и негативных) скачкообразного роста ее воздействия на окружающую среду и в перспективе на околокосмическое пространство, которые неизбежно затронут и самого носителя разума — человека, может внести в указанные определения жизни существенные коррективы.